第四章-工业机器人课件.pptVIP

第四章工业机器人设计;4.1概述;(一)机器人的定义

机器人是二十世纪出现的新名词，可以广义地把机器人理解为模仿人的机器。随着机器人的发展，其模仿人的能力逐步在提高。

工业机器人是用于生产的机器人。本世纪20年代出现了一种附属在自动机、自动线上，代替人传递和装卸工件的机械手。40年代出现了由作业者直接控制的半自动化操作机，60年代出现了可以自动控制的实现多种操作的工业机器人。

工业机器人发展非常迅速，模仿人的能力越来越强，已经开始出现具有学习和推理能力的智能机器人。;(二)工业机器人的基本工作原理

基本工作原理是通过操作机上各运动构件的运动，自动地实现手部作业的动作功能及技术要求。

1)二者的末端执行器都有位姿变化要求，如机床在加工过程中，刀具相对工件有位姿变化要求，机器人的手部在作业过程中相对机座也有位姿变化要求；

2)二者都是通过坐标运动来实现末端执行器的位姿变化要求。

3)机床以按直角坐标形式运动为主，而机器人以按关节形式运动为主；

4)机床对刚度、精度要求很高，其灵活性相对较低；而机器人对灵活性要求很高，其刚度、精度相对较低。;4.1.2工业机器人的构成;2．工业机器人的组成

一般由执行机构、控制系统、驱动系统三部分组成：

⑴执行机构

执行机构是一种具有和人手臂相似的动作功能，可在空间抓放物体或执行其他操作的机械装置，通常包括机座、手臂、手腕和末端执行器。

①末端执行器末端执行器（或称手部）是机器人直接执行工作的装置，可安装夹持器、工具、传感器等。夹持器可分为机械夹紧、真空抽吸、液压夹紧、磁力吸附等。

②手腕手腕是联接手臂与末端执行器的部件，用以调整末端执行器的方位和姿态。

③手臂手臂是支承手腕与末端执行器的部件。它由动力关节和连杆组成，用来改变末端执行器的空间位置。

④机座机座是工业机器人的基础部件，并承受相应的载荷，机座分为固定式和移动式。;⑵控制系统

控制系统用来控制工业机器人按规定要求动作。可分为开环控制系统和闭环控制系统。大多数工业机器人采用计算机控制，这类控制系统分为决策级、策略级和执行级三级：决策级的功能是识别环境、建立模型、将作业任务分解为基本动作序列；策略级将基本动作变为关节坐标协调变化的规律，分配给各关节的伺服系统；执行级给出各关节伺服系统的具体指令。

⑶驱动系统

驱动系统是按照控制系统发出的控制指令将信号放大，驱动执行机构运动的传动装置。

除此之外，机器人可以配置多种传感器（如位置、力、触角、视觉等传感器），用以检测其运动位置和工作状态。;2.按用途分类

工业机器人按用途和作业类别划分：

焊接机器人；

具有三个或三个以上可自由编程的轴，并能将焊接工具按要求送到预定空间位置，按要求轨迹及速度移动焊接工具的机器。包括弧焊机器人、激光焊接机器人、点焊机器人等。

冲压机器人、

浇注机器人、

搬运机器人、

装配机器人、

喷漆机器人、

切削加工机器人、

检测机器人、

采掘机器人、

水下机器人等。

其它还有按控制方式、机器人的功能水平等分类方式。;4.按驱动方式分

①电力驱动电力驱动是目前采用最多的一种。早期多采用步进电动机驱动，后来发展了直流伺服电动机，现在交流伺服电动机的应用也得到了迅速发展。这类驱动单元可以直接驱动机构运动，也可以通过谐波减速器装置减速后驱动机构，结构简单紧凑。

②液压驱动液压驱动的机器人具有很大的抓取能力，可抓取质量上百公斤的物体，油压可达7MPa，液压传动平稳，动作灵敏，但对密封性要求较高，不宜在高温或低温现场工作，需要配备一套液压系统。

③气动驱动气压驱动的机器人结构简单，动作迅速、价格低廉，由于空气可压缩性，导致工作速度稳定性差，气源压力一般为0.7MPa，因此抓取力小，只能抓取重量为几公斤到几十公斤的物体。;4.1.4工业机器人的特性表示方法;(一)坐标系;4.1.3工业机器人的分类;4.1.4工业机器人的特性表示方法;(二)设计内容与步骤

1．总体设计——(1)基本技术参数设计：

1)用途，如搬运、点焊等等。

2)额定负载。额定负载是指在机器人规定的性能范围内，机械接口处所能承受负载的允许值。包括机器人末端执行器的质量、抓取工件的质量及惯性力(矩)，外界的作用力(矩)来确定。

3)按作业要求确定工作空间，要考虑作业对象对机器人末端执行器的位置和姿态要求，以便为后续方案设计中的自由度设计提供依据。

4)额定速度。指工业机器人在额定负载、匀速运动过程中，机械接口中心的最大速度。由于机器人的总体结构尚未设计，故该阶段只能概略估计。

5)驱动方式的选择。

6)性能指标。;2．详细设计

详细设计内容包括装配图设计、零件图设计